KR102214747B1

KR102214747B1 - 가연성 폐기물 분사장치 및 그 운전방법

Info

Publication number: KR102214747B1
Application number: KR1020207025110A
Authority: KR
Inventors: 유야 사노; 코우이치 나이토우; 히데노리 츠키다테; 히데유키 스가야
Original assignee: 다이헤이요 세멘토 가부시키가이샤
Priority date: 2019-08-14
Filing date: 2019-08-14
Publication date: 2021-02-10
Also published as: JPWO2021029032A1; WO2021029032A1; TW202107015A; CN112166289B; US11029025B2; CN112166289A; TWI725736B; JP6704541B1; JP6704541B6; US20210054996A1; PH12020551376A1

Abstract

가연성 폐기물의 착지 연소를 억제하는 동시에, 가연성 폐기물의 사용 비율이 변동되어도 시멘트 킬른용 버너로부터의 화염 상태가 과도하게 변화하는 것을 억제할 수 있는 가연성 폐기물 분사장치 및 그 운전방법을 제공한다.
본 발명에 따른 가연성 폐기물 분사장치는, 가장 안쪽껍질의 공기 유로의 내측에 배치되어, 상기 시멘트 킬른용 버너장치의 축방향에 평행하게 설치된, 가연성 폐기물 흐름을 흘러보내기 위한 가연성 폐기물 유로를 구비하며, 가연성 폐기물 유로는, 분사구 근방에서, 흡입구에 가까워짐에 따라 연직방향에 따른 유로폭이 좁아지도록 분사구를 향해 상향 구배를 띤 경사면을 가지고 있다.

Description

가연성 폐기물 분사장치 및 그 운전방법

본 발명은 시멘트 킬른용 버너 등에 부설되는 가연성 폐기물 분사장치, 및 그 운전방법에 관한 것이다.

폐플라스틱, 목재 부스러기, 자동차 슈레더 더스트(ASR : automobile shredder residue) 등의 가연성 폐기물은 소성용 연료로서 이용가능한 정도의 열량을 가지고 있다. 그래서, 시멘트 클링커의 소성에 사용하는 로터리 킬른(Rotary kiln)에서, 주(主)연료인 미분탄(Pulverized Coal)의 보조연료로서, 가연성 폐기물의 유효한 이용이 추진되고 있다. 이하에서는, 시멘트 클링커의 소성에 사용하는 로터리 킬른을 "시멘트 킬른"이라고 칭한다.

종래, 시멘트 킬른에서의 가연성 폐기물의 연료 재활용은, 시멘트 클링커의 품질에 미치는 영향이 작은, 가마 뒷부분에 설치되는 하소로(calcination furnace)에서의 이용이 진행되었었다. 그러나, 하소로에서의 가연성 폐기물의 사용량이 포화에 가까워졌기 때문에, 가마 앞부분에 설치되어 있는 주(主)버너에서의 이용 기술이 개발되고 있다.

여기서, 시멘트 킬른의 주버너(이하, "시멘트 킬른용 버너"라고 함.)에서 가연성 폐기물을 보조연료로서 이용할 경우, 시멘트 킬른용 버너로부터 분출된 가연성 폐기물이 시멘트 킬른 내의 시멘트 클링커 상에 착지하여도 연소를 계속하는 현상(이하, "착지 연소"라고 함.)이 발생할 수 있다. 이러한 착지 연소가 발생할 경우, 가연성 폐기물의 착지 연소가 발생한 주변의 시멘트 클링커는 환원 소성되어, 시멘트 클링커의 백색화나 시멘트 클링커 생성 반응의 이상을 일으킨다.

시멘트 킬른용 버너로부터 분출된 가연성 폐기물을 착지 연소시키지 않기 위해서는 몇 가지 방법을 고려해 볼 수 있다. 하나의 방법은 시멘트 킬른 내에서의 가연성 폐기물의 부유 상태를 장시간 지속시켜 부유 상태인 채 해당 가연성 폐기물의 연소를 완료시키는 것이다. 다른 하나의 방법은 가연성 폐기물의 바람직한 연소 환경을 형성하여 가연성 폐기물의 연소 속도를 높이는 것이다. 또 다른 방법은 가연성 폐기물을 시멘트 킬른 내의 먼 곳(가마 뒷부분측)에 착지시켜 시멘트 클링커 생성 반응의 주(主)반응영역에 클링커 원료가 도달하기 전에 해당 가연성 폐기물의 연소를 완료시키는 것이다.

예를 들어, 하기 특허문헌 1에는, 시멘트 킬른 내의 먼 곳(가마 뒷부분측)에 가연성 폐기물을 착지시키기 위한 에너지 소비량의 저감을 도모하는 기술로서, 로터리 킬른의 단부를 회전가능하게 받쳐주는, 가마 앞부분의 끝벽으로부터의 돌출량이 200~500mm인 복수의 가연성 폐기물 버너로 이루어진 가연성 폐기물의 투입구조가 개시되어 있다. 또한, 하기 특허문헌 2에는, 가연성 폐기물의 분사로 인한 폐해의 발생을 회피하면서 가연성 폐기물을 보다 효율적으로 연소시키는 기술로서, 주연료 버너의 외주면이면서, 또한 주연료 버너보다도 연직 상방 위치에, 가연성 폐기물을 주연료 버너에 대해 상향의 분사 각도에 따라 내뿜는 보조 버너가 병설된 시멘트 제조용 로터리 킬른이 개시되어 있다.

특허문헌 1 : 일본 특허공개공보 제2003-90522호 특허문헌 2 : 일본 특허공개공보 제2011-207682호

통상적으로, 시멘트 킬른용 버너의 주연료인 미분탄의 사용량과 보조연료인 가연성 폐기물의 사용량의 비율은 그들 연료의 입수 상황이나 성상 등에 따라 변동될 수 있으며, 그와 같은 연료 구성의 변동이 생겨도 시멘트 클링커의 품질을 변화시키지 않기 위하여, 시멘트 킬른용 버너로부터의 화염 상태를 안정화시키는 기술이 요구된다. 그러나, 특허문헌 1이나 2의 방법에서는, 시멘트 킬른용 버너로부터의 화염 상태가, 시멘트 킬른 내에 분사되는 가연성 폐기물의 양 및 분사 각도에 따라 크게 변동하게 되는 과제를 가지고 있다.

본 발명은 상기의 과제를 감안하여, 시멘트 클링커의 제조에 가연성 폐기물을 보조연료로서 사용하는 경우에, 가연성 폐기물의 착지 연소를 억제하는 동시에, 가연성 폐기물의 사용 비율이 변동하여도 시멘트 킬른용 버너로부터의 화염 상태가 과도하게 변화하는 것을 억제할 수 있는 가연성 폐기물 분사장치 및 그 운전방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.

본 발명자들은 상기 과제에 대해 열심히 검토한 결과, 시멘트 킬른용 버너 장치에 부설되며, 시멘트 킬른용 버너장치의 중심부 부근에 분사구가 배치된 가연성 폐기물 분사장치에 있어서, 해당 분사구 근방의 가연성 폐기물의 도관(이하, "가연성 폐기물 유로"라고 함.) 내의 연직 하방측(바닥부측)에, 분사구를 향해 상향 구배를 띤 경사면을 형성한 가연성 폐기물 분사장치이면, 상기 과제를 해결할 수 있음을 발견하였다.

즉, 본 발명은 고체 분말 연료용 유로의 내측에 적어도 하나의 공기 유로를 구비하는 시멘트 킬른용 버너 장치에 부설가능한 가연성 폐기물 분사장치로서,

가장 안쪽껍질의 상기 공기 유로의 내측에 배치되어, 상기 시멘트 킬른용 버너장치의 축방향에 평행하게 설치된, 가연성 폐기물 흐름을 흘러보내기 위한 가연성 폐기물 유로를 구비하며,

상기 가연성 폐기물 유로는, 분사구 근방에서, 상기 분사구에 가까워짐에 따라 연직 방향에 따른 유로폭이 좁아지도록, 상기 분사구를 향해 상향 구배를 띤 경사면을 가지고 있는 것을 특징으로 한다. 또한, 이하에서는, "분사구를 향해 상향 구배를 띤 경사면"을 "상향 슬로프"로 칭하는 경우가 있다. 또한, "분사구"란, 시멘트 킬른용 버너장치에서의 시멘트 킬른측의 단부에 대응한다.

본 명세서 내에 있어서, "가연성 폐기물"이란, 상술한 바와 같이, 폐플라스틱, 목재 부스러기, ASR이나, 육골분 또는 바이오 매스 등의 유기질을 주체로 하는 연소성을 갖는 일반 폐기물 및 산업 폐기물 등으로 이루어진, 보조연료인 소성용 연료로서, 고체 분말 연료(주연료)와 함께 버너의 연료로서 이용되는 것이 상정되어 있는 것을 가리킨다. 보다 구체적으로는, 가연성 폐기물의 입경은 30mm 이하이다. 또한, "바이오 매스"란, 화석 연료를 제외한 연료로서 이용가능한 생물 유래의 유기질 자원이며, 예를 들어, 폐다다미의 분쇄물, 건설 폐목재의 분쇄물, 목분 및 톱밥 등이 해당한다.

상술한 바와 같이, 가연성 폐기물 유로는 분사구(시멘트 킬른측 단부) 근방에서 상향 슬로프를 구비하고 있다. 이 상향 슬로프는 가연성 폐기물 유로를 축심에 대하여 직교하는 면으로 절단했을 때의, 축심을 포함하는 수평면으로부터 연직방향의 하측에 위치하는, 가연성 폐기물 유로의 바닥부에 설치된다. 가연성 폐기물 우로 내에 이 상향 슬로프가 설치됨으로써, 가연성 폐기물은 시멘트 킬른 내에 상향 방향으로 분출된다. 이로써, 가연성 폐기물 분사장치로부터 시멘트 킬른 내에 분사되는 가연성 폐기물(보조연료)은 시멘트 킬른 내에서의 부유 상태를 장시간 지속가능하게 되는 동시에, 시멘트 킬른 내의 먼 곳(가마 뒷부분측)으로 이동되어져, 시멘트 클링커 생성 반응을 저해하지 않고 연소를 완료할 수 있다.

상기 경사면은 상기 가연성 폐기물 유로의 축방향에 따른 상기 분사구와는 반대측의 단부가, 상기 분사구로부터 150mm~2000mm 떨어진 곳에 위치하고 있고, 앙각이 1° 내지 4°인 것으로 하여도 상관없다. 또한, 경사면의 분사구측 단부는 분사구와 일치시켜도 상관없으며, 분사구보다도 수 cm 정도 축방향으로 떨어진 위치로 한 후, 그 경사면으로부터 분사구까지의 사이는 평탄면으로 구성하여도 상관없다.

경사면의 설치위치 및 앙각을 상기 수치 범위 내로 함으로써, 내경이 150mm~200mm인 일반적인 크기의 가연성 폐기물 유로에서, 상향 슬로프가 설치되지 아니한 경우의 분사구 면적 S₀(cm²)에 대해, 상향 슬로프를 설치한 경우의 분사구 면적 S(cm²)의 비(S/S₀)를 0.5보다도 크게 할 수 있다. 이로써, 가연성 폐기물 흐름은 과도한 압력 손실을 받지 않고, 가연성 폐기물 유로로부터 시멘트 킬른 내를 향해 방출된다.

상기 가연성 폐기물 분사장치는 상기 가연성 폐기물 유로에 상기 경사면이 형성되어 있는 곳에서, 상기 가연성 폐기물 유로의 축심을 향해 상기 가연성 폐기물 유로 내에 공기 흐름(이하, "어시스트 공기 흐름"이라고 함.)을 유입시킬 수 있는 공기 유입구(이하, "어시스트 공기 유입구"라고 함.)를 구비하며,

상기 어시스트 공기 유입구는 둘레방향을 따라 복수 군데에 배치되어 있는 것으로 하여도 상관없다.

특히, 상기 어시스트 공기 유입구는, 상기 가연성 폐기물 유로의 축심에 대하여 직교하는 면으로 절단했을 때의 상기 가연성 폐기물 유로의 축심을 포함하는 수평면을 연직 방향으로 사이에 끼우는 복수 군데에 배치되어 있는 것이 바람직하다.

상기 구성에 따르면, 상기 경사면(상향 슬로프)이 형성되어 있는 곳, 즉 가연성 폐기물 유로의 분사구 근방에서, 가연성 폐기물 유로의 축심을 향해 어시스트 공기 흐름이 유입되기 때문에, 가연성 폐기물은 가연성 폐기물 유로의 분사구로부터, 상향 방향으로 분출되면서, 시멘트 킬른 내에서 상하방향으로 적당히 확산되면서 분출된다. 이로써, 가연성 폐기물 분사장치의 분사구를 에워싸듯이 위치하는 고체 분말 연료용 유로로부터 시멘트 킬른 내로 분사되는 주연료와, 가연성 폐기물(보조연료)과의 혼합 상태가 양호하게 되는 동시에, 시멘트 쿨러로부터 시멘트 킬른 내에 공급되는 고온 공기(2차 공기)에 대해서도, 주연료와 함께 양호하게 혼합되고, 이들이 동시적으로 진행됨으로써, 가연성 폐기물과 주연료가 적당히 혼합되면서 효율적으로 연소될 수 있는 환경이 시멘트 킬른 내에 형성된다. 이로써, 가연성 폐기물의 바람직한 연소 환경이 형성되기 때문에, 상술한 바와 같이, 시멘트 킬른 내에서의 가연성 폐기물의 연소 속도가 빨라지고, 부유하고 있는 채로 가연성 폐기물의 연소를 완료시킬 수 있다.

상기 가연성 폐기물 분사장치는 상기 가연성 폐기물 유로의 외측 위치에서, 상기 가연성 폐기물 유로에 대해 평행하게 설치된 어시스트 공기 유로를 구비하고,

상기 어시스트 공기 유로는 상기 어시스트 공기 유입구를 통해 상기 가연성 폐기물 유로에 연결되는 한편, 상기 어시스트 공기 유입구보다도 상류측에서는 상기 가연성 폐기물 유로에 대해 차폐되어 있는 것으로 하여도 상관없다.

어시스트 공기 유로를 통해 흐르는 공기 유량은 가연성 폐기물 유로를 통해 흐르는 가연성 폐기물 흐름을 축심방향으로 축소한 후에 연직방향 위쪽으로 분출시키도록, 운전중에 독립적으로 제어가능하게 구성되어 있는 것이 바람직하다. 이로써, 사용하는 고체 분말 연료(주연료) 및 가연성 폐기물(보조연료)의 종류나 사용 비율에 변경이 생겨도, 시멘트 킬른용 버너의 최적의 화염 상태를 유지하기 위한 조절을, 시멘트 킬른용 버너의 운전을 계속하면서 용이하게 수행할 수 있다.

상기 구성에 있어서, 가연성 폐기물 유로는 분사구로부터 소정의 거리에, 어시스트 공기 유로와 연결되는 복수의 어시스트 공기 유입구를 구비하고 있다. 이 때, 각 어시스트 공기 유입구를 통해 가연성 폐기물 유로 내로 유입되는 어시스트 공기의 유량은 각 어시스트 공기 유로에 연접되는 블로어나 유량 조절 밸브에 의해, 어시스트 공기 유로마다 독립적으로 제어가능하게 구성되는 것이 바람직하다.

또한, 보다 바람직하게는, 가연성 폐기물 유로의 축심에 대하여 직교하는 면으로 절단했을 때의 상기 축심을 포함하는 수평면보다도 연직방향 하측에 위치하는 어시스트 공기 유입구로부터 가연성 폐기물 유로에 대해 유입되는 공기 유량("상향 어시스트 공기 유량"이라 함.)은, 상기 수평면보다도 연직방향 상측으로부터 유입되는 공기 유량("하향 어시스트 공기 유량"이라 함.) 이상이다. 이로써, 가연성 폐기물은 가연성 폐기물 분사장치의 분사구로부터, 상향 슬로프에 의한 앙각보다도 더 큰 앙각으로 방출되기 때문에, 상술한 바와 같이, 시멘트 킬른 내에서의 가연성 폐기물의 부유 상태가 장시간 지속하여, 부유하고 있는 채로 가연성 폐기물의 연소를 완료시킬 수 있다.

특히, 어시스트 공기 유입구로부터 가연성 폐기물 유로에 대해 유입되는 공기 유량을 조절하거나, 나아가서는 상향 어시스트 공기 유량과 하향 어시스트 공기 유량의 비율을 조절함으로써, 시멘트 킬른용 버너에서 사용하는 보조연료의 비율[=(보조연료)/(주연료+보조연료)], 및/또는, 보조연료로서 사용되는 가연성 폐기물의 종류나 성상이 변화하여도, 시멘트 킬른용 버너로부터의 화염의 형상이나 온도 분포가 변동하지 않도록 제어할 수 있다.

또한, 이 상향 어시스트 공기 유량과 하향 어시스트 공기 유량의 비율이 조절됨으로써, 가연성 폐기물을 시멘트 킬른 내에 방출될 때의 앙각을 실질적으로 조절할 수 있다. 즉, 경사면(상향 슬로프)의 앙각이 부족한 경우에는, 상향 어시스트 공기 유량의 비율을 높임으로써, 실질적으로 방출되는 가연성 폐기물 흐름의 앙각을 증가시켜, 시멘트 킬른 내에서의 가연성 폐기물의 부유 상태를 지속시키는 효과를 향상시킬 수 있다.

또한, 어시스트 공기 유입구는 가연성 폐기물 유로를 축심에 대하여 직교하는 면으로 절단했을 때의, 축심을 포함하는 연직면을 수평방향으로 사이에 끼우는 복수 군데에 배치되어 있는 것으로 하여도 상관없다. 이로써, 가연성 폐기물 흐름이 좌우방향으로부터의 동등한 공기 유량의 어시스트 공기 흐름을 받음으로써, 연직방향(상하방향)뿐만 아니라 좌우방향으로도 좁혀져, 가연성 폐기물 분사장치로부터 내뿜어진 후의 시멘트 킬른 내에서의 가연성 폐기물이 부유하면서 확산되는 상태가 상하좌우의 전체 둘레방향에서 양호하게 발생한다. 이로써, 상술한 주연료나 2차 공기와 가연성 폐기물과의 양호한 혼합상태가 전체 둘레에 걸쳐 보다 확실하게 형성된다.

상기 어시스트 공기 유입구는 상기 가연성 폐기물 유로의 상기 분사구로부터 10mm~600mm의 범위에 설치되어 있는 것으로 하여도 상관없다. 이 범위이면, 내경이 150mm~200mm인 일반적인 크기의 가연성 폐기물 유로를 구비하고, 일반적인 1차 공기 유량(60m³/min~120m³/분)으로 운전되는 가연성 폐기물 분사장치에 있어서, 가연성 폐기물을 부유 상태인 채로 연소를 완료 촉진할 수 있다. 또한, 어시스트 공기 유입구는 원주 형상으로 1바퀴에 걸쳐 배치하여도 상관없고, 2바퀴 이상에 걸쳐, 즉 복수 열로 배치하여도 상관없다.

어시스트 공기 유입구는 1차 공기에 의해 흘러보내지는 가연성 폐기물의 흐름(가연성 폐기물 흐름)을 축심방향으로 좁히는 것이면, 그 형상은 한정되지 않는다. 또한, 어시스트 공기에 의한 조임 효과를 얻기 쉽다는 관점에서는, 어시스트 공기 유입구는 직경이 5mm~25mm인 원 형상이거나, 둘레방향을 장변으로 하고 유로방향을 단변으로 하는 단변 3mm~15mm의 직사각형 형상(슬릿 형상)이 바람직하다. 어시스트 공기 유입구를 원 형상으로 하는 경우, 원주 위에 등간격으로 배치하여도 상관없고, 비(非)등간격으로 배치하여도 상관없다. 후자의 경우에는 가연성 폐기물 유로를 축심에 대하여 직교하는 면으로 절단했을 때의 연직축과 가연성 폐기물 유로의 내면과의 교차점(최상부 및 바닥부) 부근의 분포가 높아지는 비등간격의 배치로 하는 것이 바람직하다.

또한, 상기 어시스트 공기 유입구는 상기 가연성 폐기물 유로 내를 흘러보내는 상기 가연성 폐기물 흐름의 송류(送流) 방향을 기준으로 했을 때의, 상기 가연성 폐기물 유로 내로 유입되는 상기 어시스트 공기 흐름의 유입각을 조절가능한, 어시스트 공기 송입구를 구비하는 것으로 하여도 상관없다.

또한, 본 발명은 상기 가연성 폐기물 분사장치의 운전방법으로서, 상기 가연성 폐기물 흐름이, 수평면보다도 연직 방향 위쪽으로 상기 가연성 폐기물 유로로부터 분출되는 것을 특징으로 한다.

이 때, 정상(定常) 운전시의 앙각을 상향 슬로프로 부여하면서, 상기 수평면보다도 연직 방향 하측으로부터 유입되는 상향 어시스트 공기 유량이, 상기 수평면보다도 연직 방향 상측으로부터 유입되는 하향 어시스트 공기 유량 이상으로 하는 것이 바람직하다. 이 경우에, 상기 상향 어시스트 공기 유량에 대한 상기 하향 어시스트 공기 유량의 비는 0.5~1.0으로 하는 것이 바람직하다. 또한, 상향 슬로프 공기 유량에 대한 하향 어시스트 공기 유량의 비가 1.0인 경우에는 어시스트 공기에 의한 상기 가연성 폐기물 흐름으로의 앙각 부여 효과는 발생하지 않지만, 이러한 가연성 폐기물 흐름을 조임으로써 가연성 폐기물이 시멘트 킬른 내에서 확산되는 효과가 얻어진다.

또한, 상기 어시스트 공기 유입구로부터 상기 가연성 폐기물 유로에 대해 유입되는 공기 유량의 합계량(m³/분)은 상기 가연성 폐기물 유로를 흐르는 1차 공기 유량(m³/분)의 5부피%~65부피%로 할 수 있다. 또한, 가연성 폐기물 분사장치의 운전방법에서, 가연성 폐기물 유로를 흐르는 1차 공기 유량에 제약은 없어, 통상적인 운전조건을 채용할 수 있다.

또한, 상기 가연성 폐기물 유로 내를 흘러보내는 상기 가연성 폐기물 흐름의 송류방향을 기준으로 했을 때의, 상기 가연성 폐기물 유로 내에 유입되는 상기 어시스트 공기 흐름의 유입각은 0°보다도 크고, 90° 이하인 것으로 하여도 상관없다. 이러한 구성에 따르면, 어시스트 공기 흐름은 가연성 폐기물 흐름의 송류방향에 대해 반대방향으로 충돌하는 것이 억제되기 때문에, 가연성 폐기물 흐름의 흐름을 필요 이상으로 방해하지 않고, 가연성 폐기물 흐름을 축심방향으로 축소한 상태에서 분사구를 통해 분출시킬 수 있다.

본 발명의 가연성 폐기물 분사장치 및 그 운전방법에 따르면, 시멘트 킬른용 버너로부터의 화염 상태를 최적의 상태로 유지하면서, 고체 분말 연료(주연료)와 폐플라스틱 조각 등의 가연성 폐기물(보조연료)의 사용 비율을 임의로 변경하는 것이 가능한 동시에, 예를 들면 입경 30mm 이하의 가연성 폐기물(보조연료)을 유효하게 이용할 수 있다.

도 1은 본 발명의 가연성 폐기물 분사장치가 부설된 시멘트 킬른용 버너장치의 일실시예의 선단부의 중심부분을 모식적으로 나타내는 도면.
도 2a는 본 발명의 가연성 폐기물 분사장치의 일실시예의 선단부분을 모식 적으로 나타내는 종단면도.
도 2b는 본 발명의 가연성 폐기물 분사장치의 일실시예의 선단부분을 모식 적으로 나타내는 횡단면도.
도 3은 도 2a의 일부 확대도.
도 4a는 본 발명의 가연성 폐기물 분사장치의 다른 일실시예의 선단부분을 모식적으로 나타내는 종단면도.
도 4b는 본 발명의 가연성 폐기물 분사장치의 다른 일실시예의 선단부분을 모식적으로 나타내는 횡단면도.
도 5는 도 4a 및 도 4b에 나타낸 가연성 폐기물 분사장치의 구조의 일례를 모식적으로 나타내는 도면.
도 6은 본 발명의 가연성 폐기물 분사장치가 부설된 시멘트 킬른용 버너장치의 다른 일실시예의 선단부 중심부분을 모식적으로 나타내는 도면.
도 7은 시뮬레이션에서 사용된 가연성 폐기물 분사장치가 부설된 시멘트 킬른용 버너장치의 일실시예의 선단부를 모식적으로 나타내는 도면.
도 8은 도 7에 나타낸 가연성 폐기물 분사장치에 의해, 표 2에 나타낸 운전 조건에서, 보조연료로서 직경 30mm의 폐플라스틱을 주연료(미분탄)에 대해 정량 사용한 경우의, 실시예 1~5 및 비교예 1~2에 따른 시멘트 킬른 내의 가스 온도 분포에 관한 시뮬레이션 결과를 나타내는 그래프.

이하, 본 발명의 가연성 폐기물 분사장치 및 그 운전방법의 실시예에 대해 도면을 참조하여 설명한다. 또한, 이하의 도면은 모식적으로 도시된 것으로, 도면의 치수비는 실제 치수비와 일치하고 있지 않다.

도 1은 본 발명의 가연성 폐기물 분사장치가 부설된 시멘트 킬른용 버너장치의 일실시예의 선단부의 중심부분을 모식적으로 나타내는 도면이다. 도 1에 있어서, (a)는 부설된 가연성 폐기물 분사장치를 포함하는 시멘트 킬른용 버너장치의 횡단면도이고, (b)는 동(同) 종단면도이다. 또한, 횡단면도란, 시멘트 킬른용 버너장치를 동 장치의 축방향과 직교하는 평면으로 절단한 단면도를 가리키며, 종단면도란, 시멘트 킬른용 버너 장치를 동 장치의 축방향에 평행한 평면으로 절단한 단면을 가리킨다.

또한, 도 1에서는 시멘트 킬른용 버너장치의 축방향(1차 공기 흐름의 방향)을 Y방향으로 하고, 연직방향을 Z방향으로 하며, YZ 평면에 직교하는 방향을 X방향으로 하여 좌표계를 설정하고 있다. 이하에서는, 이 XYZ 좌표계를 적절히 참조하면서 설명한다. 이 XYZ 좌표계를 이용하여 기재하면, 도 1(a)는 시멘트 킬른용 버너장치를 XZ 평면으로 절단했을 때의 단면도에 대응하며, 도 1(b)는 시멘트 킬른용 버너장치를 YZ 평면으로 절단했을 때의 단면도에 대응한다. 보다 상세하게는, 도 1(b)는 시멘트 킬른용 버너장치를 시멘트 킬른측 단부(시멘트 킬른용 버너장치의 선단면)에서, YZ 평면으로 절단했을 때의 단면도에 대응한다.

또한, 후술되는 도 2a~도 4b, 도 6~도 7에 도시되어 있는 XYZ 좌표계는 모두 도 1에 도시되어 있는 XYZ 좌표계와 동일한 축 관계이다.

도 1(a)에 도시된 바와 같이, 시멘트 킬른용 버너장치(1)에 부설되는 가연성 폐기물 분사장치(2)의 가연성 폐기물 유로(3)는, 시멘트 킬른용 버너장치(1)에서 동심원상으로 배치하는 고체 분말 연료용 유로(21)와, 고체 분말 연료용 유로(21)에 인접하여 내측에 배치된 적어도 하나의 공기 유로(22)의 내측에 배치된다. 가연성 폐기물 분사장치(2)의 가연성 폐기물 유로(3)에 인접하여, 공기 유로(22)의 내측에는 중유 등을 공급하기 위한 오일용 유로(31) 등을 배치할 수 있다.

또한, 도 1에서는, 공기 유로(22)는 시멘트 킬른측 단부(분사구측 근방)에서, 선회 수단인 선회 날개(22a)를 가지고 있다. 즉, 공기 유로(22)로부터 분출되는 공기 흐름은 고체 분말 연료용 유로(21)로부터 분출되는 고체 분말 연료 흐름에 대해 내측에 위치하는 선회 공기 흐름을 형성한다. 이 선회 날개(22a)는 시멘트 킬른용 버너장치(1)의 운전 개시 전의 시점에서, 선회 각도가 조절가능하게 구성되어 있는 것으로 하여도 상관없다.

도 1(b)에 도시된 바와 같이, 시멘트 킬른용 버너장치의 내부에서, 연직방향(Z방향)과 관련하여, 가연성 폐기물 유로(3)의 바닥면은 분사구측 근방에서 상향 슬로프(8)가 형성되어 있다. 이 상향 슬로프(8)가 "경사면"에 대응한다. 또한, 본 실시예에서는, 도 1(b)에 도시된 바와 같이, 시멘트 킬른용 버너장치(1)의 내부에서, 가연성 폐기물 유로(3)의 외측에는 어시스트 공기 유로(4)가 구비되고, 어시스트 공기 유입구(5)를 경유하여 어시스트 공기가 가연성 폐기물 유로(3) 내로 유입가능하게 구성되어 있다. 이 점에 대해서는 도 2a 및 도 2b를 참조하여 후술된다.

상향 슬로프(8)는 가연성 폐기물 유로(3)의 바닥면이 경사를 가지고 형성되는 한, 그 구체적인 양태 방법에 대해서는 한정되지 않는다. 일례로서, Y방향에 따른 소정의 영역 내에서, 가연성 폐기물 유로(3)의 바닥부에 대응하는 내벽의 두께가 서서히 두꺼워지도록 형성됨으로써, 가연성 폐기물 유로(3)의 내벽면 자체가 상향 슬로프(8)를 형성하는 것으로 하여도 상관없다. 다른 일례로서, Y방향에 따른 소정의 영역 내에서, 가연성 폐기물 유로(3)의 바닥부에 대응하는 내벽에, Y방향으로 진행됨에 따라 서서히 높이가 변화하는 별도 부재가 마련됨으로써, 해당 별도 부재의 표면이 상향 슬로프(8)를 형성하는 것으로 하여도 상관없다. 어느 경우이든, 가연성 폐기물 유로(3)에 상향 슬로프(8)가 형성되는 결과, 가연성 폐기물 유로(3)의 연직방향에 따른 유로폭이, 분사구에 가까워짐에 따라 좁아지도록 형성된다.

도 2a 및 도 2b는 본 발명의 가연성 폐기물 분사장치(2)의 일실시예의 선단부를 모식적으로 나타내는 도면이다. 도 2a는 가연성 폐기물 분사장치(2)의 종단면도이고, 도 2b는 도 2a의 Y좌표가 Y1인 위치(이하, "Y1 위치"로 약칭함.)에서의 횡단면도((a)에 대응), 및 Y 좌표가 Y2인 위치(이하, "Y2 위치"로 약칭함.)에서의 횡단면도((b)에 대응)이다. Y1의 위치는 가연성 폐기물 유로(3)의 선단부 근방(즉, 분사구 근방)에 대응하고, Y2의 위치는 Y1의 위치보다도 상류측이어서, 가연성 폐기물 유로(3)의 선단부로부터 떨어진 위치에 대응한다.

도 2a에 도시된 바와 같이, 가연성 폐기물 유로(3)의 바닥면에는 상향 슬로프(8)가 형성되어 있다. 이 상향 슬로프(8)는 수평면(XY평면)에 대한 앙각(φ)(경사각)이 1°~4°이다. 또한, 이 상향 슬로프(8)는 Y방향과 관련하여, 분사구로부터 150mm~2000mm 떨어진 곳으로부터 분사구를 향해 형성되어 있다.

또한, 본 실시예에서는, 도 2b에 도시된 바와 같이, 가연성 폐기물 유로(3)의 외측에는 어시스트 공기 유로(4)가 배치된다. 보다 상세하게는, 본 실시예에서의 어시스트 공기 유로(4)는 원통 형상을 띤 가연성 폐기물 유로(3)의 외측에 동심원 형태로 배치되며, 칸막이 부재(6)에 의해, 연직 상측의 어시스트 공기 유로(4-1)와 연직 하측의 어시스트 공기 유로(4-2)의 두 유로로 분할되어 있다.

도 2b(b)에 도시된 바와 같이, Y2의 위치에는, 어시스트 공기 유로(4)(4-1, 4-2)와 가연성 폐기물 유로(3)를 연결하는 어시스트 공기 유입구(5)가 설치되어 있으며, 어시스트 공기 유로(4)를 흘러온 어시스트 공기를, 가연성 폐기물 유로(3)의 축심(3c)을 향해, 가연성 폐기물 유로(3) 내로 유입가능하게 구성되어 있다. 본 실시예에서는, 가연성 폐기물 유로(3)는 Y2의 위치에서, 둘레방향의 10군데에 배치된 어시스트 공기 유입구(5)(5-1~5-10)를 구비하고 있다. 보다 상세하게는, 어시스트 공기 유로(4-1)측(연직 상측)에는 5개의 어시스트 공기 유입구(5-1~5-3, 5-9, 5-10)가 배치되어 있으며, 어시스트 공기 유로(4-2)측(연직 하측)에는 5개의 어시스트 공기 유입구(5-4~5-8)가 배치되어 있다.

또한, 도 2a에서는 도시의 형편 상, 10개의 어시스트 공기 유입구(5)(5-1~5-10) 중 어시스트 공기 유입구(5-1, 5-6)만이 도면 상에 나타나 있다.

어시스트 공기 유로(4-1, 4-2)에는 각각 전용 블로어(미도시) 또는 유량 조절 밸브(미도시)가 연접되어 있으며, 각 어시스트 공기 유로(4-1, 4-2) 내로 흘러보내는 어시스트 공기 유량을 독립적으로 제어하는 것이 가능하게 되어 있다.

도 3은 도 2a에 나타낸 본 발명의 가연성 폐기물 분사장치(2)의 일실시예의 선단부에 대해, 어시스트 공기 유입구(5-1, 5-6)의 주변을 확대하여 모식적으로 나타내는 도면이다.

도 3에 나타난 바와 같이, 가연성 폐기물 유로(3)와 어시스트 공기 유로(4)를 연결하는 어시스트 공기 유입구(5-1, 5-6)에는 어시스트 공기 송입구(7)가 설치되어 있다. 이 어시스트 공기 송입구(7)는 가연성 폐기물 유로(3) 내를 흐르는 가연성 폐기물(RF)의 방향에 대해, 가연성 폐기물 유로(3) 내로 유입되는 어시스트 공기(AA)의 방향이 만드는 유입각(θ)(θ1, θ2)을 제어하기 위해 구비되어 있다. 또한, 도 3에서는 유입각 θ=θ1로 한 경우와 유입각 θ=θ2로 한 경우의 어시스트 공기 송입구(7) 각각의 양태가 모식적으로 도시되어 있다.

유입각(θ)은 0°보다도 크고 90° 이하로 할 수 있다. 어시스트 공기(AA)의 유입각(θ)이 0°인 경우, 어시스트 공기(AA)에 의해 가연성 폐기물(RF)의 흐름을 변화시키는 효과가 얻어지지 않으며, 또한 유입각(θ)이 90°를 초과하는 경우에는 어시스트 공기(AA)에 의해 가연성 폐기물(RF)의 흐름이 감속하는 동시에 과도하게 교반되기 때문에, 각각 바람직하지 않다.

도 4a 및 도 4b는 본 발명의 가연성 폐기물 분사장치(2)의 다른 일실시예의 선단부를 모식적으로 나타내는 도면이다. 도 4a는 도 2a와 마찬가지로, 가연성 폐기물 분사장치(2)의 종단면도이고, 도 4b는 도 2b와 마찬가지로, 도 4a 내의 Y1 위치에서의 횡단면도((a)에 대응), 및 Y2 위치에서의 횡단면도((b)에 대응)이다. 또한, 도시의 형편 상, 도 4a에는 어시스트 공기 유입구(5)가 도시되어 있지 않다.

도 4b에 나타낸 실시예에서는, 가연성 폐기물 유로(3)는 Y2의 위치에서 둘레방향의 6군데에 배치된 어시스트 공기 유입구(5)(5-11~5-16)를 구비하고 있다. 그리고, 가연성 폐기물 유로(3)는 각각의 어시스트 공기 유입구(5-11~5-16)마다, 전용 어시스트 공기 유로(4-3~4-8)를 구비하고 있다. 이로써, 어시스트 공기 유로(4-3~4-8)에 대해, 각각 전용 블로어(미도시) 또는 유량 조절 밸브(미도시)를 연접함으로써, 각 어시스트 공기 유로(4-3~4-8)에 공급되는 어시스트 공기 유량을 독립적으로 제어가능하게 구성되어 있다. 이 점에 대해, 도 5를 참조하여 설명한다.

도 5는 도 4에 나타낸 가연성 폐기물 분사장치의 구조의 일례를 모식적으로 나타내는 도면이다. 도 5에 도시된 가연성 폐기물 분사장치(2)는 제어의 용이성을 중시하여 구성한 것으로, 3개의 송풍팬(F1~F3)과, 6개의 유량 조절 밸브(B113, B114, B118, B135, B136, B137)를 구비한다. 유량 조절 밸브(B113, B114, B118, B135, B136, B137)는 예를 들어 가스 밸브 등으로 구성된다.

가연성 폐기물 이송 배관(12)에 공급된 가연성 폐기물(RF)은 송풍 팬(F1)에 의해 형성된 공기 흐름에 의해, 가연성 폐기물 분사장치(2)의 가연성 폐기물 유로(3)에 공급된다. 송풍 팬(F2)으로부터 공급되는 공기는 어시스트 공기(AA)로서, 공기 배관(11)을 통해 어시스트 공기 유로(4)(4-3, 4-4, 4-8)로 공급된다. 보다 상세하게는, 공기 배관(11)은 3개의 분기관(113, 114, 118)에 의해 분기되어 있으며, 각 분기관은 상기 3개의 어시스트 공기 유로(4-3, 4-4, 4-8)에 각각 연결되어 있다. 마찬가지로, 송풍 팬(F3)으로부터 어시스트 공기(AA)를 공급하고 있는 공기 배관(13)은 3개의 분기관(135, 136, 137)에 의해 분기되어 3개의 어시스트 공기 유로(4-5, 4-6, 4-7)에 연결되어 있다.

각 분기관(113, 114, 118, 135, 136, 137)에는 각각 가변식 유량 조절 밸브(B113, B114, B118, B135, B136, B137)가 형성되어 있고, 이러한 각 유량 조절 밸브의 개도를 조절함으로써, 각 분기관(113, 114, 118, 135, 136, 137)을 통해 흐르는 어시스트 공기(AA)의 유량을 독립적으로 제어하는 것이 가능하다.

즉, 도 4a, 도 4b 및 도 5에 나타낸 가연성 폐기물 분사장치(2)의 경우, 각각의 어시스트 공기 유로(4)(4-3~4-8)에 대응하여, 어시스트 공기 유입구(5)(5-11~5-16)가 형성되어 있기 때문에, 어시스트 공기 유입구(5)(5-11~5-16)마다 어시스트 공기(AA)의 유량을 독립적으로 제어할 수 있다. 이로써, 시멘트 킬른용 버너로부터의 화염 상태를 최적의 상태로 유지하면서, 고체 분말 연료(주연료)와 가연성 폐기물(보조연료)의 사용 비율을 임의로 변경하는 것을 용이하게 할 수 있다.

또한, 가연성 폐기물 유로(3)의 분사구 근방에는 바닥면에 상향 슬로프(8)가 형성되어 있기 때문에, 수평면(XY평면)보다도 연직 상향(+Z방향)으로, 가연성 폐기물 유로(3)로부터 가연성 폐기물 흐름을 분출시킬 수 있다. 이로써, 시멘트 킬른 내에서의 가연성 폐기물의 부유 상태를 길게 지속시키는 것이 가능하게 된다.

즉, 도 6에 나타난 바와 같이, 본 발명에 따른 가연성 폐기물 분사장치(2)는 가연성 폐기물 유로(3)의 바닥면에 상향 슬로프(8)를 구비하면서, 어시스트 공기 유로(4) 및 어시스트 공기 유입구(5)를 구비하지 않는 것으로 하여도 상관없다. 단, 도 1에 나타낸 가연성 폐기물 분사장치(2)와 같이, 어시스트 공기 유로(4) 및 어시스트 공기 유입구(5)를 구비하여, 어시스트 공기(AA)를 가연성 폐기물 유로(3)의 축심방향을 향해 유입시킴으로써, 가연성 폐기물 흐름을 더욱 연직 상향으로 분출시키는 효과를 조절할 수 있기 때문에, 시멘트 킬른 내에서의 가연성 폐기물(RF)의 부유 상태를 바람직한 상태로 하는 효과가 더욱 향상된다.

본 발명자들은 가연성 폐기물 분사장치(2)가 부설된 시멘트 킬른용 버너장치(1)의 연소 시뮬레이션(소프트웨어 : ANSYS JAPAN사제, FLUENT)에 의해, 시멘트 킬른용 버너로부터의 화염 형상, 시멘트 킬른 내의 가스 온도 분포, 시멘트 킬른 내의 산소 농도 분포, 시멘트 킬른 내의 기류의 난류 정도에 대한 분석 등을 실시함으로써, 가연성 폐기물 분사장치(2)의 제어 인자를 최적화하기 위한 기본적인 한정영역을 발견하였다.

도 7은 본 시뮬레이션에서 사용된, 가연성 폐기물 분사장치(2)를 포함하는 시멘트 킬른용 버너장치(1)의 구조를, 도 1을 모방하여 모식적으로 도시한 것이다. 도 7`에 나타낸 시멘트 킬른용 버너장치(1)는 도 1에 나타낸 구성뿐만 아니라, 추가로, 고체 분말 연료용 유로(21)보다도 외측에 배치되고 선회 날개(23a)가 배치된 공기 유로(23)와, 공기 유로(23)보다도 더 외측에 배치된 공기 유로(24)를 구비하고 있다. 공기 유로(24)는 직진 공기 흐름을 형성하는 유로이다. 즉, 시뮬레이션에 의한 검증 대상의 시멘트 킬른용 버너장치(1)는, 도 7(a)에 나타낸 바와 같이, 내측으로부터, 선회 공기 흐름을 형성하는 공기 유로(22), 선회 주연료 흐름을 형성하는 고체 분말 연료용 유로(21), 선회 공기 흐름을 형성하는 공기 유로(23), 및 직진 공기 흐름을 형성하는 공기 유로(24)의 총 4개의 유로를 구비한, 소위 4채널식 버너장치로 하였다.

또한, 후술하는 실시예 1은 도 7에 나타낸 시멘트 킬른용 버너장치(1)로부터, 어시스트 공기 유로(4) 및 어시스트 공기 유입구(5)를 구비하지 않는 것으로 한 구조이며, 도 6의 시멘트 킬른용 버너장치(1)를 4채널식으로 한 것에 대응한다.

하기 표 1은 이하의 시멘트 킬른용 버너장치(1)의 사양 및 운전 조건에서 발견한, 가연성 폐기물 분사장치(2)에 따른 기본적 한정영역의 일례이다. 또한, 표 1은 도 2에 예시한 가연성 폐기물 분사장치(2)의 실시예에 대응한다.

<시멘트 킬른용 버너장치(1)의 사양>

채널 수 : 4채널(가장 안쪽껍질측으로부터 선회 공기 흐름, 선회 주연료 흐름, 선회 공기 흐름, 직진 공기 흐름)

가연성 폐기물 분사장치(2) : 선회 공기 흐름을 형성하는 공기 유로(22)의 내측에 배치되어 있으며, 시멘트 킬른용 버너장치(1)의 축심 하측에 부설되어 있다.

시멘트 킬른용 버너장치(1)의 버너 선단의 직경 : 700mm

가연성 폐기물 분사장치(2)의 분사구의 내경 : 175mm

상향 슬로프(8)의 형성 영역 : 가연성 폐기물 유로(3)의 분사구(단부)로부터-Y방향으로 300mm 진행된 위치로부터, 분사구(단부)까지의 영역

어시스트 공기 유입구(5) : 연직방향 상측 및 하측에 직경 16mm의 원형 구멍을 각 5개(연직축에 대해 ± 60°의 범위로 30° 간격)

<시멘트 킬른용 버너장치(1)의 운전 조건>

고체 분말 연료용 유로(21)를 흐르는 주연료(C)의 연소량 : 12t/시간

가연성 폐기물(RF)인 폐플라스틱(연질 플라스틱) 처리량 : 5t/시간

가연성 폐기물(RF)인 폐플라스틱의 치수 : 두께 0.5mm의 시트를 30mm의 직경으로 펀칭한 원형 시트 형상

1차 공기 유량(4채널의 합계량)과 온도 : 15000Nm³/시간, 30℃

2차 공기 유량과 온도 : 100000Nm³/시간, 900℃

가연성 폐기물 분사장치(2)로부터의 1차 공기 유량과 온도 : 5000Nm³/시간, 30℃

가연성 폐기물 분사장치(2)로부터의 어시스트 공기(AA)의 분사방법과 온도 : 가연성 폐기물 분사장치(2)로부터의 1차 공기 유량은 상기 값 그대로 어시스트 공기(AA)를 추가함, 30℃

표 1에는 기본적 한정 영역으로서, 상향 슬로프(8)의 앙각(φ)(°), 어시스트 공기(AA)의 유량(가연성 폐기물 분사장치(2)의 1차 공기 유량에 대한, 모든 어시스트 공기 유량의 부피%), 축심을 포함하는 수평면보다도 연직 상측으로부터 유입되는 어시스트 공기 유량과 축심을 포함하는 수평면보다도 연직 하측으로부터 유입되는 각 어시스트 공기 유량의 비율(r)[(하향 어시스트 공기 유량)/(상향 어시스트 공기 유량)], 어시스트 공기 유입구(5)의 가연성 폐기물 유로(3)의 단부로부터의 거리(mm), 및 어시스트 공기 유입구(5)로부터 가연성 폐기물 유로(3)에 대해 유입되는 어시스트 공기(AA)의 유입각(°)이 열거되어 있다.

상기 각 항목 중에서는 상향 슬로프(8)의 앙각(φ), 어시스트 공기(AA)의 유량, 어시스트 공기 유입구(5)의 위치, 및 어시스트 공기(AA)량의 상하방향의 비율(r)이 중요하다.

왜냐하면, 상술한 바와 같이, 시멘트 킬른용 버너장치(1)에 사용되는 연료 구성에 변화가 생겨도, 안정된 화염을 얻기 위한 조절을 용이하게 하기 위해서는, 가연성 폐기물(RF), 주연료(C), 및 2차 공기의 양호한 혼합상태의 형성이 필요한 바, 어시스트 공기(AA)의 유량을 조절함으로써, 가연성 폐기물 유로(3)를 흐르는 가연성 폐기물 흐름의 조임 정도를 조절할 수 있으며, 이로써 가연성 폐기물 분사장치(2)로부터 분출되는 가연성 폐기물(RF)의 확산 정도를 운전중에 독립적으로 조절할 수 있기 때문이다.

이러한 사정을 감안하여, 단위 시간에 어시스트 공기 유입구(5)로부터 가연성 폐기물 유로(3)에 유입되는 어시스트 공기(AA)의 유량(V)(Nm³/시간)은, 가연성 폐기물 유로(3)를 흐르는 1차 공기 유량(V₀)(Nm³/시간)의 5부피%~65부피%인 것이 바람직하다. V/V₀가 5부피% 미만인 경우, 어시스트 공기(AA)에 의한 가연성 폐기물 흐름의 조임 효과가 얻어지지 않으며, 또한, V/V₀가 65부피%를 초과할 경우, 가연성 폐기물 흐름의 확산 정도가 커지게 되어, 일부의 가연성 폐기물(RF)이 시멘트 킬른의 상부 내벽에 충돌하게 될 수 있다. 그리고, 이와 같이 가연성 폐기물(RF)의 일부가 킬른 내벽에 충돌할 정도로 가연성 폐기물이 확산되는 경우는, 시멘트 킬른용 버너의 화염 형상이 크게 흐트러지게 되어, 시멘트 클링커의 품질이 불안정해지는 동시에, 시멘트 킬른 내의 내화 벽돌의 열 손상마모가 커진다.

또한, 가연성 폐기물 분사장치(2)로부터 분출하는 가연성 폐기물(RF)의 확산 정도는, 어시스트 공기(AA)의 유량이 일정한 경우에는 어시스트 공기 유입구(5)의 위치(보다 상세하게는, Y방향의 위치)를 바꿈으로써 조절할 수 있다.

이러한 사정을 감안하여, 가연성 폐기물 유로(3)의 분사구(단부)로부터 어시스트 공기 유입구(5)까지의 Y방향에 따른 거리는 10mm~600mm의 범위인 것이 바람직하다. 이러한 거리가 10mm 미만인 경우, 가연성 폐기물(RF) 흐름의 확산 정도가 커지게 되어, 일부의 가연성 폐기물(RF)이 시멘트 킬른의 상부 내벽에 충돌될 수 있다. 또한, 가연성 폐기물 유로(3)의 분사구로부터 어시스트 공기 유입구(5)까지의 Y방향에 따른 거리가 600mm를 초과하는 경우, 어시스트 공기(AA)에 따른 가연성 폐기물(RF)의 확산 효과가 소실될 수 있다.

어시스트 공기(AA)의 도입 유무에 상관없이, 가연성 폐기물 유로(3)의 바닥면에 마련된 상향 슬로프(8)의 앙각(φ)을 조절함으로써도, 가연성 폐기물 유로(3)로부터 분출되는 가연성 폐기물 흐름의 분출 각도를 조절할 수 있다. 가연성 폐기물 흐름의 분출 각도가 적절히 조절됨으로써, 시멘트 킬른 내에서의 가연성 폐기물(RF)의 부유 상태를 장시각 지속할 수 있다.

이러한 사정을 감안하여, 상향 슬로프(8)의 각도(앙각(φ))는 1° 내지 4°의 범위인 것이 바람직하다. 상향 슬로프(8)의 앙각(φ)이 1°미만인 경우, 가연성 폐기물 흐름을 상향으로 하는 작용을 어시스트 공기(AA)만으로 수행할 필요가 있으며, 어시스트 공기(AA)의 분사에 소요되는 에너지량이 과도하게 필요하게 된다. 또한, 상향 슬로프(8)의 앙각(φ)이 4°보다도 큰 경우, 어시스트 공기(AA)에 의한 확산 효과가 과도하게 더해진 결과, 일부의 가연성 폐기물(RF)이 시멘트 킬른의 상부 내벽과 충돌하게 될 우려가 생긴다.

또한, 어시스트 공기(AA) 유량의 상하방향의 비율이 중요한 것은, 하향 어시스트 공기 유량과 상향 어시스트 공기 유량의 비율을 조절함으로써, 가연성 폐기물(RF)이 분출하는 방향의 상하를 조절하는 것이 가능하게 되고, 이로써 가연성 폐기물 분사장치(2)로부터 분출되는 가연성 폐기물(RF)의 방향을 다시 연직 상향으로 할 수 있기 때문이다. 그 결과, 어시스트 공기(AA)에 의해 양호한 확산 상태에서 분출되는 가연성 폐기물(RF)의 부유 상태를 더욱 바람직한 상태로 조절할 수 있다.

이러한 사정을 감안하여, 축심을 포함하는 수평면보다도 연직 하측으로부터 유입되는 상향 어시스트 공기 유량에 대한, 축심을 포함하는 수평면보다도 연직 상측으로부터 유입되는 하향 어시스트 공기 유량의 비율(r)은 0.5~1.0의 범위로 하는 것이 바람직하다. 비율(r)이 0.5 미만인 경우, 가연성 폐기물 흐름의 하측으로부터의 뿜어져 올라오는 것이 커져서, 일부의 가연성 폐기물(RF)이 시멘트 킬른의 상부 내벽과 충돌할 수 있다. 또한, 비율(r)이 1.0보다도 큰 경우, 즉, 상향 어시스트 공기 유량보다도 하향 어시스트 공기 유량 쪽이 큰 경우에는 가연성 폐기물 흐름에 하향의 힘이 부여되며, 상향 슬로프에 의한 상향 효과와 합쳐져서, 가연성 폐기물 흐름에 큰 교란을 발생시킬 수 있다.

이상과 같이, 본 발명에 따르면, 가연성 폐기물 분사장치(2)의 운전 전에, 상향 슬로프의 앙각(φ), 어시스트 공기 유입구(5)의 위치 및 유입각(θ)을 표 1에 나타낸 범위 내로 설정하고, 또한 가연성 폐기물 분사장치(2)의 운전시에, 송풍 팬 및/또는 유량 조절 밸브 등에 의해 어시스트 공기 유량(V), 및 어시스트 공기 유량의 상하방향으로부터의 비율(r) 조절을 함으로써, 가연성 폐기물 분사장치(2)의 운전 조건을 최적화하여, 시멘트 킬른용 버너의 화염 상태를 안정화할 수 있다. 또한, 어시스트 공기 유로(4) 및 어시스트 공기 유입구(5)를 구비하지 않는, 도 6에 나타낸 양태의 가연성 폐기물 분사장치(2)의 경우에는 상향 슬로프(8)의 앙각(φ)을 조절함으로써, 시멘트 킬른용 버너의 화염 상태를 안정화할 수 있다.

이어, 표 1의 각 항목을 변화시킨 경우의, 가연성 폐기물(RF)(여기에서는 연질 플라스틱)이 착지 연소하는 비율(킬른내 낙하율)에 따른 연소 시뮬레이션에 대해 설명한다.

구체적으로는, 상술한 시멘트 킬른용 버너장치(1)의 사양과 운전 조건을 고정한 경우에, 표 1의 각 항목을 변화시킨 경우에 대해 시뮬레이션(소프트웨어 : ANSYS JAPAN사제 : FLUENT)에 의해 검증하였다. 시뮬레이션에서의 각 항목의 설정값을 표 2에 나타낸다. 또한, 상향 슬로프(8)를 구비하지 않고, 어시스트 공기(AA)를 사용하지 않는 현재 상태의 예(비교예)로서는, 가연성 폐기물(RF) 처리량을 2수준(5t/시간, 2t/시간)으로 설정하였다.

이 시뮬레이션 결과로서 얻어진 가연성 폐기물(RF)(직경 30mm, 두께 0.5mm의 연질 플라스틱)의 킬른내 낙하율을 표 3에 나타내고, 실시예 1~5와 비교예 1~2의 킬른 내의 가스 온도 분포를 도 8에 나타낸다.

표 3의 결과에 따르면, 각 실시예 1~5의 수준에서, 가연성 폐기물(RF) 처리량의 조건을 5t/시간으로 공통으로 한 비교예 1의 수준보다도, 가연성 폐기물(RF)의 킬른 내 낙하율을 충분히 저하시킬 수 있음이 확인된다. 즉, 어시스트 공기(AA)를 이용하지 않는 실시예 1에서도, 현재 상태의 운전 조건인 비교예 1보다는 킬른내 낙하율을 저하시킬 수 있는 바, 상향 슬로프(8)를 마련함으로써 가연성 폐기물(RF)의 착지 연소를 억제하는 효과가 얻어짐이 확인된다. 또한, 상향 슬로프(8)뿐만 아니라, 어시스트 공기(AA)를 도입한 실시예 2~5에 따르면, 모두 실시예 1에 비해 더욱 킬른내 낙하율이 저하되어 있다.

실시예 3~5에 따르면, 비교예 1에 비해 킬른 내 낙하율의 값을 1/3 이하로 저감할 수 있으며, 특히 실시예 5에 따르면, 킬른내 낙하율 0%가 달성되어 있다. 이로써, 본 발명의 가연성 폐기물 분사장치, 및 가연성 폐기물 분사장치의 운전방법에 따르면, 가연성 폐기물(RF)을 유효하게 연소시킬 수 있는 것으로 확인된다.

또한, 도 8에 나타낸 시멘트 킬른 내의 가스 온도 분포에 있어서, 실시예 1~5의 가스 온도 분포는 현재 상태의 운전 조건에서 가연성 폐기물(RF) 처리량을 2t/시간으로 한 비교에 2의 경우와 거의 동일하다. 비교예 2의 운전 조건은 가연성 폐기물(RF)의 공급량을 각 실시예보다는 적게 한 것이며, 가연성 폐기물(RF)의 킬른내 낙하율이 0.5질량%로 양호한 킬른 버너 연소상태의 것이다. 한편, 현재 상태의 운전 조건에서, 본 실시예와 동일한 가연성 폐기물(RF) 처리량(5t/시간)인 비교예 1에서는 시멘트 킬른 내의 가스 온도가 크게 저하되는 동시에, 가연성 폐기물(RF)의 킬른 내 낙하율이 3.0질량%로 다량의 가연성 폐기물(RF)이 착지 연소하고 있다. 즉, 본 발명에 따르면, 시멘트 킬른 내의 가스 온도 분포를 크게 변경하지 않고, 가연성 폐기물(RF)을 보조연료로서 활용할 수 있음이 확인된다.

즉, 본 발명에 따르면, 시멘트 킬른용 버너를 최적의 연소 상태로 유지하면서, 가연성 폐기물을 보조연료로서 활용하는 것을 용이하게 수행할 수 있음을 알 수 있다.

또한, 가연성 폐기물 분사장치가 구비하는 어시스트 공기 유입구의 설치 수나 설치 장소는 상기 실시예의 구성에 한정되지 않는다.

1 : 시멘트 킬른용 버너 장치
2 : 가연성 폐기물 분사장치
3 : 가연성 폐기물 유로
3c : 가연성 폐기물 유로의 축심
4 : 어시스트 공기 유로
4-1, 4-2 : 어시스트 공기 유로
4-3, 4-4, 4-5, 4-6, 4-7, 4-8 : 어시스트 공기 유로
5 : 어시스트 공기 유입구
5-1, 5-2, 5-3, 5-4, 5-5, 5-6, 5-7, 5-8, 5-9, 5-10 : 어시스트 공기 유입구
5-11, 5-12, 5-13, 5-14, 5-15, 5-16 : 어시스트 공기 유입구
6 : 칸막이 부재
7 : 어시스트 공기 송입구
8 : 상향 슬로프
11 : 공기 배관
12 : 가연성 폐기물 이송 배관
13 : 공기 배관
21 : 고체 분말 연료용 유로
22 : 공기 유로(제1 공기 유로)
22a : 선회 날개
31 : 오일용 유로
113, 114, 118 : 분기관
135, 136, 137 : 분기관
AA : 어시스트 공기
B113, B114, B135, B136, B137, B118 : 유량 조절 밸브
F1, F2, F3 : 송풍 팬
RF : 가연성 폐기물
θ : 어시스트 공기의 유입각
φ : 상향 슬로프의 앙각

Claims

고체 분말 연료용 유로의 내측에 적어도 하나의 공기 유로를 구비하는 시멘트 킬른용 버너 장치에 부설가능한 가연성 폐기물 분사장치에 있어서,
가장 안쪽껍질의 상기 공기 유로의 내측에 배치되어, 상기 시멘트 킬른용 버너장치의 축방향에 평행하게 설치된, 가연성 폐기물 흐름을 흘러보내기 위한 가연성 폐기물 유로를 구비하며,
상기 가연성 폐기물 유로는, 분사구 근방에서, 수평방향에 따른 유로폭을 유지하면서 상기 분사구에 가까워짐에 따라 연직 방향에 따른 유로폭이 좁아지도록, 상기 분사구를 향해 상향 구배를 띤 경사면을 가지고 있는 것을 특징으로 하는 가연성 폐기물 분사장치.
제1항에 있어서,
상기 경사면은 상기 가연성 폐기물 유로의 축방향에 따른 상기 분사구와는 반대측의 단부가, 상기 분사구로부터 150mm~2000mm 떨어진 곳에 위치하고 있고, 앙각이 1° 내지 4°인 것을 특징으로 하는 가연성 폐기물 분사장치.
제1항 또는 제2항에 있어서,
상기 가연성 폐기물 유로에 상기 경사면이 형성되어 있는 곳에서, 상기 가연성 폐기물 유로의 축심을 향해 상기 가연성 폐기물 유로 내에 공기 흐름을 유입시킬 수 있는 어시스트 공기 유입구를 구비하며,
상기 어시스트 공기 유입구는 둘레 방향을 따라 복수 군데에 배치되어 있는 것을 특징으로 하는 가연성 폐기물 분사장치.
제3항에 있어서,
상기 어시스트 공기 유입구는, 상기 가연성 폐기물 유로의 축심에 대하여 직교하는 면으로 절단했을 때의 상기 가연성 폐기물 유로의 축심을 포함하는 수평면을 연직 방향으로 사이에 끼우는 복수 군데에 배치되어 있는 것을 특징으로 하는 가연성 폐기물 분사장치.
제4항에 있어서,
상기 가연성 폐기물 유로는, 상기 어시스트 공기 유입구로부터 유입된 상기 어시스트 공기 흐름에 의해, 상기 가연성 폐기물 흐름을 축심 방향으로 축소한 후, 상기 가연성 폐기물 흐름을 연직방향 상향으로 분출가능하게 구성되어 있는 것을 특징으로 하는 가연성 폐기물 분사장치.
제3항에 있어서,
상기 어시스트 공기 유입구가 상기 가연성 폐기물 유로의 상기 분사구로부터 10mm~600mm의 범위에 설치되어 있는 것을 특징으로 하는 가연성 폐기물 분사장치.
제1항의 가연성 폐기물 분사장치의 운전방법에 있어서,
상기 가연성 폐기물 흐름이 수평면보다도 연직방향 위쪽으로 상기 가연성 폐기물 유로로부터 분출되는 것을 특징으로 하는 가연성 폐기물 분사장치.
제7항에 있어서,
상기 가연성 폐기물 유로에 상기 경사면이 형성되어 있는 곳에서, 상기 가연성 폐기물 유로의 축심을 향해 상기 가연성 폐기물 유로 내에 어시스트 공기 흐름을 유입시킬 수 있는 어시스트 공기 유입구를 구비하고,
상기 어시스트 공기 유입구는 둘레방향을 따라 복수 군데에 배치되어 있으며,
상기 수평면보다도 연직방향 하측으로부터 유입되는 상향 어시스트 공기 유량이, 상기 수평면보다도 연직방향 상측으로부터 유입되는 하향 어시스트 공기 유량 이상인 것을 특징으로 하는 가연성 폐기물 분사장치의 운전방법.
제8항에 있어서,
상기 어시스트 공기 유입구로부터 상기 가연성 폐기물 유로에 대해 유입되는 공기 유량의 합계량은 상기 가연성 폐기물 유로를 흐르는 1차 공기 유량의 5부피%~65부피%인 것을 특징으로 하는 가연성 폐기물 분사장치의 운전방법.
제8항 또는 제9항에 있어서,
상기 상향 어시스트 공기 유량에 대한 상기 하향 어시스트 공기 유량의 비가 0.5~1.0인 것을 특징으로 하는 가연성 폐기물 분사장치의 운전방법.
제8항에 있어서,
상기 가연성 폐기물 유로 내를 흘러보내는 상기 가연성 폐기물 흐름의 송류 방향을 기준으로 했을 때의, 상기 가연성 폐기물 유로 내로 유입되는 상기 어시스트 공기 흐름의 유입각이 0°보다 크고, 90° 이하인 것을 특징으로 하는 가연성 폐기물 분사장치의 운전방법.